Rok akademicki 1998/99 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia:
51 |
Temat:
Pomiar ładunku właściwego e/m elektronu |
|||
Wydział: Elektronika
Kierunek: E-nika i Telekom.
Grupa: E01 |
Imię i nazwisko: Paweł Hasulak |
|||
Data wykonania |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. Zasada pomiaru.
Doświadczenie nasze wykonujemy przy pomocy lampy oscyloskopowej umieszczonej w polu magnetycznym o indukcji B. Źródłem pola magnetycznego jest zwojnica. Na elektron wpadający do pola magnetycznego o indukcji B pod pewnym kątem do jego linii sił, działa siła odchylająca zwana siłą Lorentza :
Jeśli elektron porusza się prostopadle do linii sił pola, to siła Lorentza powoduje zakrzywienie toru elektronu, bez zmiany jego prędkości. Pod wpływem zmiany napięcia między katodą i anodą tor ruchu elektronu ulega coraz większemu zakrzywieniu. Znając wartość przesunięcia plamki światła na ekranie oscyloskopu możemy określić wartość ładunku właściwego e/m.
Pomiar polegał na wyznaczeniu odległości odchylenia wiązki elektronów w lampie oscyloskopowej umieszczonej w polu magnetycznym, a następnie na wykorzystaniu odpowiednich zależności matematycznych i fizycznych.
Stosunek ładunku elementarnego elektronu do jego masy obliczono z wzoru:
gdzie:
U [V] - napięcie katoda-anoda lampy
y [m] - wielkość odchylenia plamki
R [m] - promień zwojnicy
n - ilość zwoi
I [A] - natężenie prądu w zwojnicy
l [m] - odległość anoda-ekran
2. Schemat układu pomiarowego.
gdzie: ρ - promień krzywizny elektronu
l - odległość anoda - ekran
y - wielkość odchylenia plamki
A - anoda
K - katoda
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
W ćwiczeniu użyto następujących przyrządów:
- zasilacz wysokiego napięcia
- zasilacz niskiego napięcia
- zwojnicę
- lampę oscyloskopową z układami korekcji kształtu plamki
- woltomierz i amperomierz
Dokładność pojedynczych pomiarów:
- odległość anoda-ekran:
- wysokie napięcie:
- natężenie prądu zwojnicy:
- promień zwojnicy:
- odchylenie plamki:
4. Tabela pomiarowa.
Lp |
U |
I |
y |
|
|
|
V |
A |
mm |
|
|
1 |
800 |
2,6 |
9 |
2,27⋅1011 |
0,55⋅1011 |
2 |
800 |
3,6 |
12 |
2,10⋅1011 |
0,37⋅1011 |
3 |
800 |
4,6 |
14 |
1,75⋅1011 |
0,02⋅1011 |
4 |
1000 |
2,6 |
7 |
1,72⋅1011 |
0,01⋅1011 |
5 |
1000 |
3,6 |
10 |
1,83⋅1011 |
0,10⋅1011 |
6 |
1000 |
4,6 |
12 |
1,61⋅1011 |
0,12⋅1011 |
7 |
1200 |
2,6 |
6 |
1,52⋅1011 |
0,21⋅1011 |
8 |
1200 |
3,6 |
8 |
1,41⋅1011 |
0,32⋅1011 |
9 |
1200 |
4,6 |
10 |
1,34⋅1011 |
0,38⋅1011 |
|
Wartość średnia = 1,73⋅1011 |
||||
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej.
a) pojedyncze pomiary ładunku właściwego:
b) wartość średnia pomiarów ładunku właściwego:
c) przykładowy pomiar wielkości :
6. Rachunek błędów.
a) błąd przeciętny wszystkich pomiarów:
b) błąd maksymalny dla pojedynczego pomiaru:
7. Zestawienie wyników pomiarów.
Wartość średnia pomiarów ładunku właściwego:
Błąd przeciętny wszystkich pomiarów:
Błąd maksymalny dla pojedynczego pomiaru:
8. Uwagi i wnioski.
Wartość średnia wyznaczonego w ćwiczeniu stosunku e/m elektronu wyniosła: 1,73⋅1011 , a więc różniła się nieznacznie od wartości tablicowej.
Na błąd pomiaru mogły wpłynąć następujące czynniki: brak możliwości ustawienia dokładnej wartości prądu zwojnicy na skutek uszkodzenia pokrętła w urządzeniu prądowym i niedokładność odczytu plamki na oscyloskopie . Błędny odczyt pomiaru mógł być także spowodowany przez pole magnetyczne ziemskie chociaż był on zminimalizowany dzięki odpowiedniemu ustawieniu względem poziomu oscyloskopu.
Jeśli chodzi o błąd przeciętny popełniony podczas pomiarów to wyniósł on: 0,23⋅1011 , co jest wartością zadowalającą. Natomiast błąd maksymalny przykładowego trzeciego pomiaru wartości e/m wyniósł: 0,48⋅1011 .
4